基于預(yù)調(diào)制aic的太赫茲雷達(dá)成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于預(yù)調(diào)制 AIC(模擬信息轉(zhuǎn)換器）的太赫茲雷達(dá)高分辨距離成像方法。本發(fā)明采用預(yù)調(diào)制AIC降采樣 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)中的雷達(dá)回波的降采樣處理，以解決太赫茲雷達(dá)中的超大數(shù)據(jù)的 采集、存儲(chǔ)和傳輸?shù)葐栴}，降低太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，便于實(shí)現(xiàn)太赫茲雷達(dá)信號(hào) 處理和距離高分辨成像。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲波是介于毫米波和紅外光之間的電磁波（頻率是0.ITHz到10THZ)，也是最 后一個(gè)人類尚未完全認(rèn)知和利用的頻段。太赫茲波融合了微波毫米波和紅外光的優(yōu)點(diǎn)，特 別適應(yīng)于適中的波束寬度、寬的系統(tǒng)帶寬和大的多普勒頻移的特性，更適用于極大信號(hào)帶 寬和極窄天線波束的實(shí)現(xiàn)，更利于高分辨逆合成孔徑雷達(dá)成像。相對于普通微波波段的雷 達(dá)，太赫茲雷達(dá)以其高距離分辨率、超大信號(hào)帶寬、強(qiáng)穿透力、低截獲率、強(qiáng)抗干擾性、優(yōu)越 的反隱身和穿透等離子體能力而具有強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)探測和成像等系統(tǒng)的眾 多功能，但是由于其自身特點(diǎn)對系統(tǒng)要求和信號(hào)處理都帶來了巨大的挑戰(zhàn)。預(yù)調(diào)制AIC降 采樣結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)Nyquist采樣的限制，可以用于實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)的低速采樣，省去了傳 統(tǒng)的脈沖壓縮時(shí)高速率的信號(hào)處理，解決了太赫茲雷達(dá)中的超大數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和傳輸 等問題，降低太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。因此用預(yù)調(diào)制AIC壓縮采樣結(jié)構(gòu)能夠用來 解決太赫茲雷達(dá)逆合成孔徑成像系統(tǒng)中的超大數(shù)據(jù)量的諸多難題，這對太赫茲雷達(dá)逆合成 孔徑成像系統(tǒng)來說具有重大的研宄意義。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)和成像方法存在以下不足：對于大帶寬的太赫茲雷 達(dá)信號(hào)的數(shù)據(jù)采樣、存儲(chǔ)以及傳輸并未涉及如何處理，并且所帶來的太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)的復(fù) 雜度和成本也是極高的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法，本發(fā)明對太赫茲 雷達(dá)系統(tǒng)中大帶寬信號(hào)進(jìn)行降采樣處理實(shí)現(xiàn)稀疏重構(gòu)出目標(biāo)的高分辨距離像。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] 基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法包括以下步驟：
[0007] 步驟1，利用太赫茲雷達(dá)向外發(fā)射信號(hào)，利用太赫茲雷達(dá)接收目標(biāo)散射點(diǎn)反射的回 波信號(hào)，對回波信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)得到基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)，t表示離散時(shí)間變量；
[0008] 步驟2,采用預(yù)調(diào)制型模擬信息轉(zhuǎn)換器，對基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)進(jìn)行降采 樣處理，得到降采樣觀測信號(hào)；
[0009] 步驟3,對降采樣觀測信號(hào)進(jìn)行稀疏重構(gòu)得到目標(biāo)散射點(diǎn)的距離像。
[0010] 本發(fā)明的有益效果為：第一，本發(fā)明預(yù)調(diào)制AIC引入到太赫茲雷達(dá)距離高分辨成 像方法中，解決了現(xiàn)有技術(shù)中太赫茲雷達(dá)的回波信號(hào)帶寬過大導(dǎo)致的超大數(shù)據(jù)量的問題， 克服了超大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和傳輸較難的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明明顯減小了大帶寬信號(hào)對雷達(dá) 成像帶來的不利影響。第二，本發(fā)明采用對基于預(yù)調(diào)制AIC降采樣的太赫茲雷達(dá)回波進(jìn)行 稀疏重構(gòu)的方法對雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行距離高分辨成像，克服了現(xiàn)有技術(shù)中處理對太赫茲雷 達(dá)回波距離高分辨成像較難的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明的方法明顯提高了成像分辨率。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法的流程示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)調(diào)制AIC的降采樣處理過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0014] 參照圖1，為本發(fā)明的基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法的流程示意圖。該基 于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法包括以下步驟：
[0015] 步驟1，利用太赫茲雷達(dá)向外發(fā)射信號(hào)，利用太赫茲雷達(dá)接收目標(biāo)散射點(diǎn)反射的回 波信號(hào)，對回波信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)得到基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)X(t)，t表示時(shí)間。
[0016] 步驟2,采用預(yù)調(diào)制型模擬信息轉(zhuǎn)換器，對基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)進(jìn)行降采 樣處理，得到降采樣觀測信號(hào)。
[0017] 參照圖2,為本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)調(diào)制AIC的降采樣處理過程示意圖。步驟2的具體 子步驟為：
[0018] (2. 1)將基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)與設(shè)置的隨機(jī)調(diào)制序列信號(hào)pjt)相乘，得 到隨機(jī)解調(diào)的太赫茲回波信號(hào)x'（t)。本發(fā)明實(shí)施例中，隨機(jī)調(diào)制序列信號(hào)Pc;(t)按照下式 獲得：
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，利用太赫茲雷達(dá)向外發(fā)射信號(hào)，利用太赫茲雷達(dá)接收目標(biāo)散射點(diǎn)反射的回波信 號(hào)，對回波信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)得到基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)，t表示離散時(shí)間變量； 步驟2,采用預(yù)調(diào)制型模擬信息轉(zhuǎn)換器，對基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)進(jìn)行降采樣處 理，得到降采樣觀測信號(hào)； 步驟3,對降采樣觀測信號(hào)進(jìn)行稀疏重構(gòu)得到目標(biāo)散射點(diǎn)的距離像。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法，其特征在于，所述步驟 2的具體子步驟為： (2. 1)將基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)與設(shè)置的隨機(jī)調(diào)制序列信號(hào)Pc;(t)相乘，得到隨 機(jī)解調(diào)的太赫茲回波信號(hào)x'（t) ;pe(t)有50%的概率為1，有50%的概率為-1，隨機(jī)調(diào)制 序列信號(hào)Pe(t)的變化速率W大于等于基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)的Nyquist采樣速率； (2.2)對隨機(jī)解調(diào)的太赫茲回波信號(hào)x'（t)進(jìn)行低通濾波處理，得出低通濾波后的太 赫茲雷達(dá)信號(hào)； (2. 3)對低通濾波后的太赫茲雷達(dá)信號(hào)過A/D采樣，得到降采樣觀測信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法，其特征在于，在步驟2 中，將A/D采樣的速率表示為R;在降采樣觀測信號(hào)中，第m個(gè)觀測值y(m)為：
其中，t =m/R，h(t)表示低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，J〇dT表示進(jìn)行積分運(yùn)算。
4. 如權(quán)利要求2所述的基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法，其特征在于，在步驟2 中，低通濾波的帶寬B與A/D采樣的速率R滿足以下關(guān)系<R/2。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法，其特征在于，所述步驟 3的具體子步驟為： (3. 1)將整個(gè)太赫茲雷達(dá)的觀測區(qū)間劃分為N個(gè)距離單元，將太赫茲雷達(dá)的觀測區(qū)間 內(nèi)第n個(gè)距離單元的目標(biāo)散射系數(shù)表示為an，an為待求值，n取1至N;用矢量a表示位 于不同距離單元的散射中心： a= [a1a^…aJT 其中，上標(biāo)T表示矩陣或向量的共軛轉(zhuǎn)置； 根據(jù)太赫茲雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的包絡(luò)建立稀疏基W:
共1T，怖職1整中H、J朱中nU^，中nU^疋人tfJ穴里，M為自然數(shù)； 將基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)按照以下公式進(jìn)行稀疏表示： x(t) = ^a+nE (t) 其中，nK(t)表示設(shè)定的接收機(jī)噪聲； (3. 2)根據(jù)降采樣觀測信號(hào)，對稀疏表示的基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，得出目標(biāo) 散射點(diǎn)的距離像。
6.如權(quán)利要求5所述的基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法，其特征在于，在步驟 3中，根據(jù)降采樣觀測信號(hào)，采用稀疏貝葉斯算法對稀疏表示的基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)進(jìn)行 重構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于預(yù)調(diào)制AIC的太赫茲雷達(dá)成像方法，其具體步驟為：步驟1，利用太赫茲雷達(dá)向外發(fā)射信號(hào)，利用太赫茲雷達(dá)接收目標(biāo)散射點(diǎn)反射的回波信號(hào)，對回波信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)得到基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)，t表示離散時(shí)間變量；步驟2，采用預(yù)調(diào)制型模擬信息轉(zhuǎn)換器，對基帶線性調(diào)頻回波信號(hào)x(t)進(jìn)行降采樣處理，得到降采樣觀測信號(hào)；步驟3，對降采樣觀測信號(hào)進(jìn)行稀疏重構(gòu)得到目標(biāo)散射點(diǎn)的距離像。
【IPC分類】G01S13-89
【公開號(hào)】CN104698456
【申請?zhí)枴緾N201510136897
【發(fā)明人】王敏, ?？∠? 褚旭
【申請人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月26日